i
KINCIR ANGIN DENGAN SUDU DARI KIPAS ANGIN
BERDIAMETER 18 INCHI
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
Nama : I Kadek Yoga Artana
NIM : 045214085
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2009
ii
WIND ENERGY CONVERTER WITH FAN BLADE
18 INCH DIAMETER
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering Study Program
By:
Name : I Kadek Yoga Artana
Student ID Number : 045214085
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2009
vii
INTISARI
Tugas akhir ini adalah pembuatan kincir angin sederhana. Penelitian
bertujuan untuk mengetahui kinerja sebuah kincir angin dengan sudu dari kipas
angin yang berdiameter 18 inchi.
Kincir dibuat dengan posisi poros horizontal dan kincir terbuat dari kipas
angin rumah tangga dengan dudukan yang terbuat dari besi dimana kincir ini
memiliki 3 sudu. Jumlah variasi kecepatan angin digunakan dalam penelitian ini
adalah 6,98 m/s,6,1 m/s,5,2 m/s,4,5 m/s 2,9 m/s. Percobaan dilakukan dalam wind
tunnel agar kecepatan angin dapat diatur.
Dari percobaan tersebut dapat diketahui bahwa efisiensi tertinggi diperoleh
pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 13,13% dan TSR tertinggi diperoleh pada
kecepatan 6,98 m/s sebesar 33,31. Cp dan TSR terendah diperoleh pada kecepatan
2,9 m/s sebesar 0,25% dan 8,88.
Kata kunci : Cp ( power coefficient ),TSR ( tip speed ratio )
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa (“Bhatara Ida
Sang Hyang Widhi Wasa”)atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis akhirnya
dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu
banyak pihak yang telah memberikan bimbingan, dorongan, tenaga, perhatian dan
bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu dengan
segala kerendahan hati penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Yosef Agung Cahyanta S.T,M.T selaku Dekan Fakultas Teknik.
2. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Ir.Y.B.Lukiyanto, M.T. selaku pembimbing terima kasih telah bersedia
meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya
sangat berguna untuk tugas akhir ini.
4. Seluruh dosen Teknik Mesin atas ilmu yang telah diberikan selama kuliah
di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Segenap karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang
telah membantu dalam hal fasilitas dan administrasi.
6. Kedua orang tua penulis, Bapak I Made P. Antara dan Ibu Ni Wayan
Ratnawati atas semua dukungan yang sudah diberikan baik jasmani
maupun rohani.
7. Abang dan adik penulis, I Gede Mertha dan Ni Luh Renny Antari atas
semua dukungan dan kasihnya.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i
HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS ........................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ....... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN .......................................................... v
INTISARI ............................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ............................................................................................ viii
DAFTAR ISI ........................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK .................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah...................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................. 3
1.6 Langkah Perancangan ............................................................................. 4
BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 5
2.1 Dasar teori ............................................................................................... 5
2.2 Tipe Kincir Angin .................................................................................. 5
2.3 Tip Speed Ratio ....................................................................................... 8
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 10
xi
3.1 Sarana Penelitian ..................................................................................... 10
3.2 Peralatan Penelitian ................................................................................. 10
3.3 Analisa Data ............................................................................................ 12
3.4 Langkah Penelitian .................................................................................. 13
3.5 Cara kerja Alat ........................................................................................ 16
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ............................................... 18
4.1 Data Penelitian ........................................................................................ 18
4.1.1 Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan
berbagai kecepatan angin yang berbeda ........................................ 18
4.2 Pengolahan data dan Perhitungan ........................................................... 20
4.2.1 Pehitungan kincir angin dengan kecepatan yang berbeda-beda
untuk Memperoleh Cp dan TSR .............................................. ....... 20
4.3 Tip Speed Ratio (TSR) dan Coefisien Of Power (Cp)........................ 23
4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR .................................................... 26
4.4.1 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan
Angin 6,98 m/s ............................................................................... 26
4.4.2 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan
Angin 6,1 m/s ................................................................................ 27
4.4.3 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan
Angin 5,2 m/s ................................................................................ 27
4.4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan
Angin 4,5 m/s .......................................................................... 28
4.4.5 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan
xii
Angin 2,9 m/s .......................................................................... 28
4.4.6 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan Kecepatan
Keseluruhan .............................................................................. 29
BAB V PENUTUP ................................................................................................... 30
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 30
5.2 Saran ........................................................................................................ 30
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 31
xiii
DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK
Gambar 2.1. Contoh Kincir Angin yang digunakan . ....................................... 8
Gambar 3.1. Kincir Angin secara utuh tanpa kelistrikan .................................. 14
Gambar 3.2. Bagian-bagian dari kelistrikan ..................................................... 15
Gambar 3.3. Penampang sudu pada kincir angin...............................................16
Grafik 4.2 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan
Kecepatan angin 6,98 m/s.............................................................26
Grafik 4.3 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan
Kecepatan angin 6,1 m/s...............................................................27
Grafik 4.4 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan
Kecepatan angin 5,2 m/s...............................................................27
Grafik 4.5 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan
Kecepatan angin 4,5 m/s.............................................................. 28
Grafik 4.6 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan
Kecepatan angin 2,9 m/s.............................................................. 28
Grafik 4.7 Grafik hasil perhitungan Cp dan TSR berdasarkan
Kecepatan angin keseluruhan....................................................... 29
Gambar 4.8 Grafik hubungan daya Cp dan TSR berbagai
bentuk sudu terhadap kecepatan angin..........................................29
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data perolehan dari kecepatan angin 6,98 m/s.........................18
Tabel 4.2. Data perolehan dari kecepatan angin 6,1 m/s...........................19
Tabel 4.3. Data perolehan dari kecepatan angin 5,2 m/s...........................19
Tabel 4.4. Data perolehan dari kecepatan angin 4,5 m/s...........................19
Tabel 4.5. Data perolehan dari kecepatan angin 2,9 m/s...........................20
Tabel 4.6. Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin
6,98 m/s....................................................................................21
Tabel 4.7. Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin
6,1 m/s.....................................................................................21
Tabel 4.8. Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin
5,2 m/s....................................................................................22
Tabel 4.9. Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin
4,5 m/s...................................................................................22
Tabel 4.10 Tabel perolehan Pin dan Pout pada kecepatan angin
2,9 m/s..................................................................................23
Tabel 4.11 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada
Kecepatan angin 6,98 m/s.......................................................24
Tabel 4.12 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada
Kecepatan angin 6,1 m/s.........................................................25
Tabel 4.13 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada
Kecepatan angin 5,2 m/s.........................................................25
xv
Tabel 4.14 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada
Kecepatan angin 4,5 m/s.........................................................25
Tabel 4.15 Tabel perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR pada
Kecepatan angin 2,9 m/s.........................................................26
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sejak awal sejarahnya, kincir angin ditemukan awal tahun 5000 SM. Hal
yang pertama kali dilakukan oleh kincir angin adalah memompa air didaerah
Cina. Pada awal abad 20, windmills yang umum digunakan di Great Palins
untuk pompa air dan tenaga listrik. Cara-cara baru untuk menggunakan energi
angin, akhirnya menyebar ke seluruh dunia. Pada abad ke 11, orang-orang
timur Tengah menggunakan windmills secara luas untuk produksi pangan.
Kincir angin juga menjadi inspirasi Belanda untuk mengeringkan danau di
Delta sungai Rhine. Ketika orang-orang mengambil teknologi ini, pada akhir
abad ke-19 mereka mulai menggunakan windmills ke pompa air untuk
kegiatan peternakan. Dan kemudian digunakan juga untuk menghasilkan
listrik. Industrialisasi pertama di Eropa dan Amerika yang kemudian
menyebabkan penurunan penggunaan windmills. Keadaan ini membuat
windmills berubah menjadi mesin uap Eropa yang mampu memompa air.
Namun industrialisasi juga menyulut berbagi macam pengembangan windmills
yang lebih besar untuk menghasilkan energi listrik. Lalu alat ini biasanya
disebut dengan istilah ”Turbin Angin” di Denmark awal tahun 1890. Pada
tahun 1940-an sejarah terbesar dari Turbin Angin yang mulai beroperasi
adalah hilltop Grandpa’s Knop. Turbin Angin ini mempunyai daya output 1,25
megawatts, serta didalamnya kekuatan angin mempunyai kecepatan 30 mph.
xvii
Turbin Angin teknologi R dan D dari tahun 1970-an memperkenalkan cara
baru,yaitu mengkonversikan angin menjadi energi listrik.
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan
tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi
kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi,
dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan
negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi
kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi
dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.
Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat
menyaingi pembangkit listrik konvensonal (Co: PLTD,PLTU,dll), turbin
angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu
dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya
alam tak terbaharui(Co : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk
membangkitkan listrik.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah
sebagai berikut:
1) Indonesia mempunyai potensi angin yang banyak dan berubah –ubah
kecepatannya
xviii
2) Alternatifnya dibuat desain alat yang sederhana dan mudah
mendapatkannya, seperti kincir angin dengan variasi tertentu.
1.3 Batasan Masalah
Agar permasalahan yang ada tidak berkembang menjadi luas, maka perlu
adanya batasan terhadap permasalahan yang akan dibuat yaitu:
1) Kincir angin yang digunakan memiliki diameter 18 inch yang terbuat
dari besi.
2) Pengendalian kecepatan angin menggunakan Wind Tunnel.
3) Jumlah sudu yang digunakan ialah 3 sudu fan.
4) Kecepatan angin yang dihitung adalah bervariasi yaitu :
(6,98m/s),(6,1m/s),(5,2m/s),(4,5m/s),(2,9 m/s).
5) Data energi yang masuk pada alat adalah energi yang disebabkan oleh
adanya angin.
6) Data energi yang keluar dari alat adalah energi listrik dengan
pembebanan yang bervariasi.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian wind energy converter dengan sudu sebesar 18
inch ini adalah untuk mengetahui kinerja sebuah kincir angin yang
mempunyai sudu 18 inchi.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah:
xix
1) Dapat dipergunakan sebagai sumber informasi pada daerah berangin
yang kekurangan sumber tenaga listrik, karena dapat digunakan
membangkitkan tenaga listrik.
2) Dapat menambah literatur (pustaka) tentang turbin angin sebagai
pembangkit listrik.
1.6 Langkah Perancangan
Sebelum memulai perancangan, terlebih dahulu harus diketahui
kecepatan angin yang diperlukan dan daya yang dihasilkan generator. Dalam
perhitungan daya perlu diketahui volt(V) dan amper(A) yang dihasilkan oleh
lampu.Untuk selanjutnya poros kincir disambungkan ke generator sehingga
menghasilkan energi listrik.
xx
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Dasar Teori
Perhitungan daya masuk yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin
dengan diameter kipas r adalah :
(Sumber : Pengerak Mula Turbin, Wiranto Arismunandar, 2004)
dimana ρ adalah massa jenis udara (standar = 1.225 3mKg ) dan v adalah
kecepatan angin pada waktu tertentu. Umumnya daya efektif yang dapat
dihasilkan oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus diatas
dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi kinetik dari angin
menjadi energi putar pada poros kincir, lalu putaran poros kincir digunakan untuk
memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.
2.2 Tipe Kincir Angin
Kincir angin poros horizontal adalah kincir dengan poros utama horizontal
dan generator pembangkit listrik pada puncak menara. Sedangkan kincir angin
poros vertikal adalah kincir dengan poros vertikal sepanjang menara dan
mempunyai generator pembangkit listrik dibawah poros.
xxi
Kincir angin modern yang sering dilihat saat ini adalah kincir dengan tiga sudu,
terkadang 2 sudu atau bahkan 1 sudu (dengan counter-balanced), dan tertuju pada
angin dengan motor computer-controlled. Menurut Danish turbin manufaktur,
kincir tiga sudu mempunyai Tip speed ratio yang tinggi, efisiensi tinggi, dan
mempunyai reaksi torsi rendah yangsering dipergunakan. Tipe ini biasanya
diletakkan pada ketinggian 200 sampai 295 kaki. Terkadang tipe ini berputar pada
16.6 rpm dengan dipercepat gearbox, sehingga komponen generator dapat
berputar hingga 2200 rpm.
Untuk daya yang masuk adalah inP dan persamaan untuk inP adalah:
3
2
1VSPin
...........................(2.1)
= 3
6.0 VS
dengan;
inP = Daya yang dihasilkan angin. (watt)
Massa jenis udara (standar = 1.2253mKg )
V Kecepatan angin ( sm )
S Luas sudu terpasang dengan pengaruh angle of attack ( 2m )
Untuk daya yang dihasilkan adalah outP dan persamaan outP
adalah:
IVPout ...........................(2.2)
xxii
dengan
outP Daya yang dihasilkan generator (watt)
V = Tegangan listrik (volt)
I = Arus listrik (ampere)
Untuk kecepatan ujung sudu dihasilkan adalah Vt dan persamaa Vt
adalah:
Vt = ω x r ...........................(2.3)
Dengan;
Vt = kecepatan ujung sudu
ω = Kecepatan sudut (rad/s)
r = Jari-jari kincir
2.3 Tip Speed Ratio
. Pada umumnya Tip speed ratio yang tinggi lebih baik, tetapi tidak
berarti dimana mesin bertambah berisik dan terlalu tegang. Tip speed ratio
akan menentukan berapa cepat kincir angin yang diinginkan akan berputar
dan juga sebagai implikasi untuk alternator yang dapat digunakan. contoh
tip speed ratio dapat ditunjukan pada Gambar 2.1;
xxiii
Gambar 2.1 Penentuan tip speed ratio pada jumlah 3 sudu.
Kincir angin modern dibuat untuk berputar pada kecepatan bervariasi.
Menggunakan aluminium dan komposit pada sudu – sudunya menghasilkan
putaran inertia rendah, yang mana kincir angin yang baru dapat dengan
mudah mempercepat putaran jika angin dapat mengangkat, dan menjaga tip
speed ratio lebih mendekati konstan. Pengoperasian mendekati pada
optimalnya tip speed ratio saat hembusan keras dari angin mengizinkan
kincir angin untuk meningkatkan energi yang ditangkap dari hembusan
keras yang tiba – tiba adalah merupakan tipe di tempat berpopulasi.
Sebaliknya, bentuk lama kincir angin dibuat dengan sudu besi yang
berat, dimana lebih memiliki inertia yang besar, dan berputar pada kecepatan
tertentu yang berpengaruh atas frekuensi AC (Alterning Current) pada hasil
daya. Inertia yang tinggi menahan perubahan dalam kecepatan putaran dan
itu membuat daya keluaran lebih stabil.
Pada intinya aspek ratiosangat penting dan merupakan indikator dari
liftdan drag pada sudu yang terbentuk. Di sebuah pesawat yang mempunyai
xxiv
aspek rasio tinggi – dengan sayap lebar dan tipis – akan menyebabkan drag
berkurang, dimana keadaannya didominasi dengan angin kecepatan rendah.
Itulah mengapa Para Gliders mempunyai sayap yang panjang.
Tip speed ratio ditentukan sendiri tetapi bila perlu dapat hitungkan
Dengan rumusan :
TSR=V
Vt
........................(2.4)
(Sumber : hasil pembelajaran rekayasa tenaga angin)
Dengan:
TSR = Tip speed ratio
Vt = Kecepatan ujung sudu
V ω= Kecepatan angin
Untuk power coefficient yang dihasilkan adalah Cp dan persamaan Cp
adalah:
Cp =in
out
P
P ...........................(2.5)
Dengan ;
Cp = power koefisien (%)
outP Daya yang dihasilkan generator (watt)
inP = Daya yang dihasilkan angin (watt)
xxv
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Sarana Penelitian
Sarana yang digunakan untuk penelitian adalah Kincir angin yang terbuat dari
besi,yang diambil dari kipas angin duduk dengan ukuran diameter fan-nya 18 inci.
3.2 Peralatan Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :
1. Tachometer
Alat ini digunakan untuk mengukur putaran poros motor DC.
Tachometer yang digunakan tachometer jenis digital light
tachometer, yang prinsip kerjanya dengan memancarkan sinar
untuk membaca sensor yang berupa pemantul cahaya (contoh
alumunium foil) yang dipasang pada poros.
2. Wind Tunnel
Alat ini berfungsi sebagai lorong yang menangkap dan
mengumpulkan angin dan menghembuskannya pada kincir yang
juga diletakkan didalam Wind Tunnel tersebut, pengaturan
kecepatan angin dilakukan dialat ini.
3. Fan / Blower
Alat ini menghembuskan angin yang akan disalurkan ke Wind
Tunnel.
xxvi
4. Multimeter
Alat ukur untuk mengukur kelistrikan pada beban yang diberikan.
5. Lampu / beban
Berfungsi sebagai beban dalam percobaan ini dan beban ini yang
akan diukur.
6. Anemometer
Berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan angin.
7. Generator
Berfungsi sebagai sumber arus listrik saat, kincir berputar sehingga
dapat menghasilkan listrik.
8. Kabel
Berfungsi untuk menyambung antara lampu satu dengan lampu
lain ke
generator
9. Papan rangkaian lampu
Berfungsi sebagai tempat penampang lampu-lampu bohlam supaya
terlihat lebih teratur,
10. Saklar
Berfungsi sebagai tombol on off, sehingga memudahkan
mematikan dan menghidupkan lampu bohlam yang berada pada
penampang triplek.
xxvii
Adapun variabel yang digunakan dalam pengujian yaitu:
a. Variasi kecepatan angin
Variasi kecepatan angin yang diambil sebanyak lima variasi, yaitu:
(6,98m/s), (6,1m/s),(5,2m/s),(4,5m/s),(2,9m/s).Variasi kecepatan ini
merupakan variasi untuk mencari efisiensi
b. Variasi beban
Variasi jumlah beban yang diambil sebanyak 7 kali. Jumlah ini
merupakan variasi kedua dalam mencari efisiensi.
3.3 Analisa Data
Data yang diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut :
a. Putaran poros kincir dan generator yang dihasilkan ( n ).
b. Tegangan ( LV ) dan Arus ( LI ) listrik pada Lampu.
c. Kecepatan angin (V ) yang digunakan didapat dari pengukuran
Anemometer yang diletakan didepan Wind Tunnel.
d. Untuk mendapatkan inP maka haruslah mendapatkan S yang didapat
dari luasan ( A ) seluruh kincir dan dikalikan dengan besar sudu dan
jumlah sudu.
e. outP diperoleh dari pengkalian tegangan ( LV ) dan Arus ( LI ) listrik
yang dihasilka
f. Kecepatan ujung sudu ( Vt ) didapatkan dari kecepatan putar (ω)
dikalikan dengan jari-jari kincir ( r )
xxviii
g. Untuk mendapatkan Tip speed ratio (TSR) maka kecepatan ujung
sudu (Vt) dan kecepatan angin ( V ) harus dibagi.
h. Untuk mencari koefisien power (Cp) maka daya masuk ( inP ) dan
daya keluar ( outP ) harus dibagi.
3.4 Langkah Penelitian
a. Kincir angin dipasang didalam Wind Tunnel dan dibaut supaya tidak
bergerak sedikitpun.
b. Kincir angin dihubungkan dengan generator, kemudian generator
dihubungkan dengan lampu yang sudah dirangkai secara paralel. Pada
hubungan hubungan lampu diberi saklar, untuk memutus dan
menyambungkan arus listrik.
c. Didepan kincir angin dipasang anemometer untuk mengetahui besar
angin yang ada dalam Wind Tunnel.
d. Setelah semua siap. Blower dihidupkan untuk menghembuskan angin
masuk kedalam Wind Tunnel.
e. Setelah angin dapat memutar kincir pada kecepatan maksimum dan
konstan, maka saklar pada lampu dihidupkan supaya generator
memperoleh magnet dari arus listrik.
f. Setelah lampu menyala maka dapat diukur tegangan dan arus pada
lampu, diukur juga perputaran poros pada puli generator dengan
menggunakan tachometer.
xxix
g. Jalannya percobaan a-f dilakukan berulang dengan variasi kecepatan
angin yaitu (6,98 m/s),(6,1 m/s),(5,2 m/s),(4,5 m/s),(2,9 m/s).
Gambar 3.1 Turbin angin secara utuh tanpa kelistrikan
xxx
Lampu 1
Lampu 2
Lampu 3
Lampu 4
Lampu 5
Lampu 6
Lampu 7
(G)
Generator
A
V
Gambar 3.2 Bagian – bagian dari kelistrikan
Keterangan:
V = Voltmeter
A =Ampermeter
G =Generator
= Lampu/beban
xxxi
Keterangan bagian-bagian pada kincir angin
1. Sudu
Merupakan bagian untuk menangkap angin
Gambar 3.3 Penampang sudu pada kincir angin
3.5 Cara kerja alat
Cara kerja dari Turbin angin adalah sebagai berikut;
1. Turbin dipasang pada wind tunnel.
2. Setelah turbin dipasang pada wind tunnel,maka selanjutnya
memasang kelistrikan seperti pada gambar 3.2
3. Pemasangan Anemometer diletakan pada wind tunnel bagian
depan.
xxxii
4. Pada saat angin berhembus pada wind tunnel, maka akan
mendorong sudu turbin untuk berputar.
5. Setelah kincir berputar dan mencapai putaran yang stabil, maka
saklar diposisikan ON. Untuk mengalirkan listrik dari generator
dihidupkan hingga lampu dapat menyala dengan stabil.
6. Setelah lampu dapat menyala dengan stabil, saklar kembali di-
OFF-kan.
7. Pada saat saklar posisi OFF dan lampu dapat menyala dengan
hanya generator, dilakukanlah pengukuran terhadap Tegangan
listrik, Arus listrik, Putaran pada generator. Setelah selesai
pengukuran, angin berhenti dihembuskan, supaya tidak ada magnet
pada generator.
8. Setelah selesai melakukan pengukuran pada salah satu variasi
kecepatan, maka selanjutnya dilakukan perubahan pada variasi
beban.
9. Setelah kincir angin berputar konstan pada satu variasi
kecepatan,maka dapat dilakukan variasi beban dengan cara
menghidupkan lampu yang sudah dirangkai secara paralel.
10. Setiap lampu yang hidup dilakukan pengukuran dengan
menggunakan multimeter.
11. Percobaan 9 – 10 dilakukan secara terus menerus sampai lampu
yang terakhir ( 7 lampu ,12 watt ).Dan dilakukan pada setiap
variasi kecepatan.
xxxiii
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
4.1.1 Data yang diperoleh pada saat percobaan dengan menggunakan
berbagai kecepatan angin yang berbeda adalah sebagai berikut :
Data awal yang diperoleh didapat dari:
Keterangan:
V = kecepatan angin ( sm ) = 6,98 sm , 6,1 sm , 5,2 sm , 4,5 sm ,
2,9 sm
r = Jari - jari kincir = 0,2286 m
a. Data hasil percobaan setelah di rata - rata
Percobaan dilakukan 3 kali supaya diperoleh hasil baik dan dirata-rata
supaya mempermudah perhitungan, pada tiap percobaan disertakan
variasi sudu supaya dapat dilihat secara langsung.
Tabel 4.1 Data perolehan dari kecepatan angin 6,98 sm ;
no V A RPM
1 2,8 1,57 1017
2 2,5 1,62 976,7
3 2,18 1,7 953,2
4 2,04 1,78 943
5 2 1,78 920,7
6 1,8 1,8 908,9
7 1,71 1,82 906,8
xxxiv
Tabel 4.2 Data perolehan dari kecepatan angin 6,1 m/s;
Tabel 4.3 Data perolehan dari kecepatan angin 5,2 m/s
Tabel 4.4 Data perolehan dari kecepatan angin 4,5 m/s
no V A RPM
8 1,9 1,24 788,4
9 1,75 1,28 752,2
10 1,44 1,3 681,8
11 1,34 1,32 673,3
12 1,3 1,32 659,8
13 1,23 1,35 647,7
14 1,18 1,42 641,3
no V A RPM
15 1,18 0,8 549,2
16 1,12 0,8 500,9
17 0,92 0,82 499,1
18 0,88 0,82 488,3
19 0,8 0,84 462,9
20 0,77 0,84 455,6
21 0,72 0,85 426
no V A RPM
22 0,15 0,61 520,2
23 0,14 0,62 511,4
24 0,12 0,67 471,4
25 0,12 0,67 452,5
26 0,11 0,68 435,9
27 0,11 0,68 427,9
28 0,11 0,68 404,2
xxxv
Tabel 4.5 Data yang diperoleh dari kecepatan 2,9 m/s
Pengolahan data dan perhitungan
4.1.2 Perhitungan kincir angin dengan kecepatan yang berbeda untuk
memperoleh Cp dan TSR
Dari tabel data 4.1 diperoleh hasil sebagai berikut:
V = Tegangan listrik yang dihasilkan generator (volt)
= 2,8 volt
I = Arus listrik yang dihasilkan dari generator (Ampere)
= 1,57 ampere
n = Putaran poros generator (rpm)
= 1017 rpm
Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.1, dari tabel juga .
inP diperoleh dengan persamaan sebagai berikut;
3
2
1VSPin
= 3
6.0 VS
no V A RPM
29 0,03 0,2 146
30 0,03 0,2 142,9
31 0,03 0,2 141,6
32 0,03 0,2 131
33 0,03 0,2 129,6
34 0,03 0,2 124,3
35 0,03 0,2 112,7
xxxvi
dan untuk outP dapat menggunakan persamaan 2.2 bab II
IVPout
= 2,8 × 1,57
= 4,39 watt
Tabel 4.6 perolehan inP , dan outP pada kecepatan angin 6,98 m/s
No V A RPM P.Out
1 2,8 1,57 1017 4,40
2 2,5 1,62 976,7 4,05
3 2,18 1,7 953,2 3,71
4 2,04 1,78 943 3,63
5 2 1,78 920,7 3,56
6 1,8 1,8 908,9 3,24
7 1,71 1,82 906,8 3,11
dengan :
398,616409,06,0inP
Pin = 33,4 watt
Tabel 4.7 perolehan inP , dan outP pada kecepatan angin 6,1 m/s
no V A RPM P.Out
8 1,9 1,24 788,4 2,36
9 1,75 1,28 752,2 2,24
10 1,44 1,3 681,8 1,87
11 1,34 1,32 673,3 1,77
12 1,3 1,32 659,8 1,72
13 1,23 1,35 647,7 1,66
14 1,18 1,42 641,3 1,68
xxxvii
dengan :
31,616409,06,0inP
inP 22,3 Watt
Tabel 4.8 perolehan inP , dan outP pada kecepatan angin 5,2 m/s
No V A RPM P.Out
15 1,18 0,8 549,2 0,94
16 1,12 0,8 500,9 0,90
17 0,92 0,82 499,1 0,75
18 0,88 0,82 488,3 0,72
19 0,8 0,84 462,9 0,67
20 0,77 0,84 455,6 0,65
21 0,72 0,85 426 0,61
dengan :
32,516409,06,0inP
inP 13,8 Watt
Tabel 4.9 perolehan inP , dan outP pada kecepatan angin 4,5 m/s
No V A RPM P.Out
22 0,15 0,61 520,2 0,09
23 0,14 0,62 511,4 0,09
24 0,12 0,67 471,4 0,08
25 0,12 0,67 452,5 0,08
26 0,11 0,68 435,9 0,07
27 0,11 0,68 427,9 0,07
28 0,11 0,68 404,2 0,07
xxxviii
dengan :
35,416409,06,0inP
inP 11,9 watt
Tabel 4.10 perolehan inP , dan outP pada kecepatan angin 2,9 m/s
dengan :
39,20164096,0inP
inP 2,40 Watt
4.3 Cp dan TSR
Dari percobaan yang dilakukan ditemukan beberapa hal yang dapat
mempengaruhi laju putaran kincir angin. Seperti pada bab II, telah
dituliskan persamaan yang mempengaruhi laju putaran angin, yaitu
tentang Tip Speed Ratio dan Coefficient of Power.
Dari persamaan 2.5 dan 2.6 dapat diperoleh hasil seperti berikut;
Vt = ω x r
Vt = 1017 rpm x 0,2286 m
Vt = 232,49 m/s
No V A RPM P.Out
29 0,03 0,2 146 0,01
30 0,03 0,2 142,9 0,01
31 0,03 0,2 141,6 0,01
32 0,03 0,2 131 0,01
33 0,03 0,2 129,6 0,01
34 0,03 0,2 124,3 0,01
35 0,03 0,2 112,7 0,01
xxxix
Setelah mendapatkan Vt dapat ditentukan besar TSR;
TSR = V
Vt
TSR =98,6
49,232
TSR = 33,31
Untuk menentukan Cp diperoleh dari;
Cp =in
out
P
P
Cp =4,33
40,4 = 13,13
Tabel 4.11 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada
kecepatan angin 6,98 m/s
Vt TSR Cp
232,49 33,31 13,13
223,27 31,99 12,10
217,90 31,22 11,07
215,57 30,88 10,85
210,47 30,15 10,63
207,77 29,77 9,68
207,29 29,70 9,30
xl
Tabel4.12 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada
kecepatan angin 6,1 m/s
Tabel 4.13 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada
kecepatan angin 5,2 m/s
Vt TSR Cp
125,6 24,14 6,82
114,5 22,02 6,47
114,1 21,94 5,45
111,6 21,47 5,21
105,8 20,35 4,85
104,2 20,03 4,67
97,4 18,73 4,42
Tabel 4.14 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada
kecepatan angin 4,5 m/s
Vt TSR Cp
118,92 26,43 0,76
116,91 25,98 0,72
107,76 23,95 0,67
103,44 22,99 0,67
99,65 22,14 0,67
97,82 21,74 0,62
92,40 20,53 0,62
Vt TSR Cp
180,2 29,55 10,54
172,0 28,19 10,02
155,9 25,55 8,38
153,9 25,23 7,92
150,8 24,73 7,68
148,1 24,27 7,43
146,6 24,03 7,50
xli
Tabel 4.15 Perolehan hasil efisiensi Cp dan TSR berdasarkan pada
kecepatan angin 2,9 m/s
4.2 Grafik Hasil Perhitungan Cp Dan TSR
Gambar 4.1. Grafik Hasil perbandingan Cp dan TSR
Pada gambar 4.1 diperoleh Cp tertinggi 39,58% yang terendah 0,75% dengan
persamaan y = 0,010x² - 0,424x + 31,28 dan menghasilkan R² =0,973
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
29,00 30,00 31,00 32,00 33,00 34,00
Cp
TSR
Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 6,98m/s)
Vt TSR Cp
33,38 11,51 0,25
32,67 11,26 0,25
32,37 11,16 0,25
29,95 10,33 0,25
29,63 10,22 0,25
28,41 9,80 0,25
25,76 8,88 0,25
xlii
4.3 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin
6,1 m/s
Gambar.4.2 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR
Pada Gambar 4.2 diperoleh Cp tertinggi 31,78% yang terendah 22,60%
dengan persamaan y = 0,010x² - 0,062x + 18,86 dan menghasilkan R²=0,989
4.4 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin
5,2 m/s
Gambar. 4.4 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40
Cp
TSR
Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 6,1m/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30
Cp
TSR
Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 5,2 m/s)
xliii
Pada Gambar 4.4 diperoleh Cp tertinggi 20,56% yang terendah 13,33 dengan
persamaan y = 0,056x² + 2,483x – 5,07 dan menghasilkan R² = 0,881
4.5 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin
4,5 m/s
Gambar. 4.5 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR
Pada Gambar 4.5 diperoleh Cp tertinggi 2,30% yang terendah 1,88% dengan
persamaan y = -11,65x² + 60,33x – 52,11 dan menghasilkan R² = 0,926
4.6 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin
2,9 m/s
Gambar 4.6. Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR
00,10,20,30,40,50,60,70,8
0 10 20 30
Cp
TSR
Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 4,5 m/s)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 5 10 15
Cp
TSR
Perbandingan Cp dan TSR (kecepatan 2,9 m/s)
xliv
Pada Gambar 4.6 diperoleh Cp tertinggi 0,75% yang terendah 0,75% dengan
persamaan y = 41,28x – 21,25 dan menghasilkan R² = 4E-14
4.7 Grafik Hasil Perhitungan Cp dan TSR berdasarkan kecepatan angin
keseluruhannya
Gambar 4.7 Grafik Hasil Perbandingan Cp dan TSR
Pada Gambar 4.7 diperoleh Cp tertinggi 39,58% yang terendah 0,75%
dengan persamaan y = 0,002x² +0,308x – 15,06 dan menghasilkan R² 0,646
Gambar 4.8 Grafik hubungan daya, Cp dan rasio kecepatan keliling tepi luar sudu
terhadap kecepatan angin, tsr.(Sumber: Wiranto Arismunandar,2004)
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00
Cp
TSR
Perbandingan Cp dan TSR
Savonius American
multiblade
High Speed
Propeller
Ideal Propeller
Dutch Four Arm
Darrieus
x1v
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian dan perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa :
a) Variasi kecepatan angin dan variasi beban mempengaruhi CP, TSR.
b) Cp maksimum diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar 13,13
dan Cp minimumnya diperoleh pada kecepatan angin 2,9 m/s sebesar
0,25%
c) TSR maksimumnya diperoleh pada kecepatan angin 6,98 m/s sebesar
33,31 dan TSR minimumnya diperoleh pada kecepatan angin 2,9 m/s
sebesar 8,88
5.2 Saran
Adapun saran untuk pihak yang akan mengembangkan penelitian pada
bidang ini adalah :
a) Kecepatan angin pada kincir lebih baik dikembangkan dengan cara
memperbanyak variasi kecepatan angin, sehingga diharapkan
memperoleh efisiensi yang lebih baik.
b) Pada saat percobaan dimulai alangkah baiknya apabila alat-alat yang
digunakan berfungsi sebagaimana mestinya.
x1v
DAFTAR PUSTAKA
Burton, Tony., 2001, Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, New York.
Fox, J.A., 1974, Engineering Fluid Mechanics, MacMillan Press, Hong Kong.
Freris, L.L., 1990, Wind Energy Conversion Systems, Prentice Hall, UnitedKingdom.
Schreck, S.J., 2007, Rotatianally Augmented Flow Structures and Time VaryingLoads on Turbine Blades, www.nrel.org/ Cp-500-40982
x1vi
Top Related